上篇文對波導(dǎo)一些指標(biāo),包括傳播常數(shù)、截止頻率以及截止波長,并對截止波長的分布做了簡介。公式比較零散,現(xiàn)匯總到一張圖里;
電磁傳播特性公式匯總
關(guān)于截止波數(shù)的理解,這是個(gè)比較抽象的概念,網(wǎng)絡(luò)上有個(gè)關(guān)于截止波數(shù)的文章,請查閱:
https://blog.csdn.net/X208150673/article/details/115420424
實(shí)際工程應(yīng)用上的波導(dǎo)天線關(guān)鍵點(diǎn)還是在于讓天線工作在單一的模式下,產(chǎn)品上易于實(shí)現(xiàn),且分析起來較為方便。[敏感詞]就將結(jié)合仿真和數(shù)學(xué)計(jì)算,加深對波導(dǎo)的理解。
國內(nèi)的矩形波導(dǎo)管尺寸都是有標(biāo)準(zhǔn)的,詳情見“中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn) GB 11450.2-89”。以BJ100為例,其工作頻率范圍是8.20~12.5GHz,寬邊a=22.86,窄邊b=10.16。
根據(jù)國標(biāo)建立如下模型,并對兩邊的管口進(jìn)行波端口饋電。
波導(dǎo)模型
得到波導(dǎo)的仿真參數(shù),在軟件里設(shè)置相應(yīng)的掃頻監(jiān)視器,E-Field、H-Field和Surfcae Current,基本可以清晰的看到相應(yīng)的工作模式:
S11
E-Field@9GHz
E-Field@11GHz
H-Field@9GHz
H-Field@11GHz
surface current@9GHz
surface current@11GHz
Part2:數(shù)值計(jì)算
空氣填充矩形波導(dǎo),有a=22.80mm,b=10.16mm。
Q1:當(dāng)工作波長為6cm、4cm和1.8cm時(shí),波導(dǎo)可能傳輸哪些模式?
Q2:當(dāng)工作波長為4cm時(shí),其主模的β、λg,vp和波阻抗各為多少?
首先矩形波導(dǎo)的截止波數(shù)和截止波長的公式,見波導(dǎo)縫隙陣列(一)。對TE模,m和n不能同時(shí)為零,即不存在TE00模,最簡單的TE模時(shí)TE10和TE01:對TM模,m和n不能為零,也即不存在TM0n和TMm0,最簡單的TM模式時(shí)TM11。結(jié)合上面給出的截止波長的公式,可以通過截止波長的分布圖來分析各種模式的傳播狀態(tài):
波導(dǎo)內(nèi)能傳輸TE和TM模式的條件是:傳輸波長小于截止波長λ<λc(波數(shù)大于截止波數(shù),k>kc、工作頻率大于截止頻率f>fc);
因此,當(dāng)工作波長為λ=6cm時(shí),不存在傳播模式,波導(dǎo)中的所有模式都截止;
當(dāng)工作波長為λ=4.0cm時(shí),只存在TE10,即單模傳輸;
當(dāng)工作波長為λ=1.8cm時(shí),可以傳輸TE10,TE20,TE01,TM11,也即多模傳輸;
主模也就是截止波長最大的模式,只有主模才能單模傳輸,對于a>b的波導(dǎo),TE10模式是主模,且λc(TE10)=2a=4.56cm。
群速度:vg=1.44ⅹ10E8m/s
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